Lý thuyết Điện tích. Định luật Cu-lông hay, chi tiết nhất - Vật Lí lớp 11

Lý thuyết Điện tích. Định luật Cu-lông hay, chi tiết nhất

Tài liệu Lý thuyết Điện tích. Định luật Cu-lông hay, chi tiết nhất Vật Lí lớp 11 sẽ tóm tắt kiến thức trọng tâm về Điện tích. Định luật Cu-lông từ đó giúp học sinh ôn tập để nắm vứng kiến thức môn Vật Lí lớp 11.

A. Tóm tắt lý thuyết

1. Sự nhiễm điện của các vật. Điện tích. Tương tác điện:

   • Khi cọ xát những vật như thanh thủy tinh, thanh nhựa… vào dạ hoặc lụa.. thì những vật đó có thể hút những vật nhẹ như mẩu giấy, sợi bông… Ta nói rằng những vật đó đã bị nhiễm điện.

   • Điện tích điểm là một vật tích điện có kích thước rất nhỏ so với khoảng cách tới điểm mà ta xét.

   • Có 2 loại điện tích: điện tích dương (+) và điện tích âm (-).

   • Các điện tích cùng loại (dấu) thì đẩy nhau.

   • Các điện tích khác loại (dấu) thì hút nhau.

2. Định luật Cu-lông. Hằng số điện môi:

   • Định luật Cu-lông: Lực hút hay đẩy giữa hai điện tích điểm đặt trong chân không có phương trùng với đường thẳng nối hai điện tích điểm đó, có độ lớn tỉ lệ thuận với tích độ lớn của hai điện tích và tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng.

Trong đó:

   F: lực tương tác (F)

   k = 9.10⁹: hệ số tỉ lệ (Nm²/C²)

   q₁, q₂: điện tích của 2 điện tích (C)

   r: khoảng cách giữa 2 điện tích (m)

   • Điện môi là môi trường cách điện. Hằng số điện môi ε đặc trưng cho tính chất điện của một chất cách điện. Khi đặt điện tích trong điện môi, lực tương tác sẽ nhỏ đi ε so với đặt trong chân không.

3. Nguyên lý chồng chất lực điện:

Giả sử có n điện tích điểm q₁, q₂, ...,q_n tác dụng lên điện tích điểm q những lực tương tác tĩnh điện F₁→, F₂→, ..., F_n→ thì lực điện tổng hợp do các điện tích điểm trên tác dụng lên điện tích q tuân theo nguyên lý chồng chất lực điện.

F→ = F₁→ + F₂→ + ... + F_n→

B. Kỹ năng giải bài tập

Dạng 1: Tính lực tương tác, điện tích hay khoảng cách giữa 2 điện tích.

Bước 1. Áp dụng định luật Cu-lông viết phương trình.

Bước 2. Giải phương trình

Bước 3. Kết luận.

Dạng 2: Tính lực tổng hợp tác dụng lên điện tích q

Bước 1. Xác định các lực tác dụng lên điện tích, biểu diễn chúng bằng các vecto có gốc là điện tích q.

Bước 2. Từ đó áp dụng nguyên lý chồng chất lực điện để tìm lực tổng hợp. Tính lực theo phương pháp hình học hoặc tổng hợp lực theo quy tắc hình bình hành.

Bước 3. Kết luận.

∗ Kiến thức liên quan

Quy tắc hình bình hành

F→ = F₁→ + F₂→

C. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Có hai điện tích điểm q₁ và q₂, chúng đẩy nhau. Khẳng định nào sau đây là đúng?

A. q₁ > 0 và q₂ < 0.              B. q₁ < 0 và q₂ > 0.

C. q₁.q₂ > 0.              D. q₁.q₂ < 0.

Hướng dẫn:

Chọn C.

Hai điện tích đẩy nhau vậy chúng phải cùng dấu suy ra tích q₁.q₂ > 0.

Câu 2: Có bốn vật A, B, C, D kích thước nhỏ, nhiễm điện. Biết rằng vật A hút vật B nhưng lại đẩy C. Vật C hút vật D. Khẳng định nào sau đây là không đúng?

A. Điện tích của vật A và D trái dấu.

B. Điện tích của vật A và D cùng dấu.

C. Điện tích của vật B và D cùng dấu.

D. Điện tích của vật A và C cùng dấu.

Hướng dẫn:

Chọn câu B

Vật A hút vật B nhưng lại đẩy C ⇒ A và C cùng dấu, A và B trái dấu.

Vật C hút vật D ⇒ C và D trái dấu ⇒ A và C cùng dấu đồng thời trái dấu với B, D.

Câu 3: Độ lớn của lực tương tác giữa hai điện tích điểm trong không khí:

A. tỉ lệ với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích.

B. tỉ lệ với khoảng cách giữa hai điện tích.

C. tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa hai điện tích.

D. tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa hai điện tích.

Hướng dẫn:

Lực tương tác giữa 2 điện tích điểm trong không khí là:

⇒ lực tương tác tỉ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa 2 điện tích

Câu 4: Hai quả cầu nhẹ cùng khối lượng được treo gần nhau bằng hai dây cách điện có cùng chiều dài và hai quả cầu không chạm vào nhau. Tích cho hai quả cầu điện tích cùng dấu nhưng có độ lớn khác nhau thì góc lệch so với phương thẳng đứng của hai quả cầu có đặc điểm gì?

A. Quả cầu nào tích điện có độ lớn điện tích lớn hơn thì có góc lệch lớn hơn

B. Bằng nhau

C. Quả cầu nào tích điện có độ lớn điện tích lớn hơn thì có góc lệch nhỏ hơn

D. Quả cầu nào tích điện có độ lớn điện tích nhỏ hơn thì có góc lệch nhỏ hơn

Hướng dẫn:

Chọn B.

Góc lệch của mỗi quả cầu so với phương thẳng đứng được xác định bởi công thức .

Mà P₁ = P₂, F₁ = F₂ nên góc lệch của hai quả cầu bằng nhau.

Câu 5: Khoảng cách giữa một prôton và một êlectron là r = 5.10^-9 (cm), coi rằng prôton và êlectron là các điện tích điểm. Lực tương tác giữa chúng là:

A. lực hút với F = 9,216.10^-12 (N).

B. lực đẩy với F = 9,216.10^-12 (N).

C. lực hút với F = 9,216.10^-8 (N).

D. lực đẩy với F = 9,216.10^-8 (N).

Hướng dẫn:

Áp dụng định luật Cu-lông:

với q₁ = +1,6.10^-19 (C), q₂ = -1,6.10^-19 (C) và r = 5.10^-9 (cm) = 5.10^-11 (m)

⇒ F = 9,216.10^-8 (N).

Mà 2 điện tích trái dấu nên lực tương tác là lực hút.

Câu 6: Hai điện tích điểm bằng nhau đặt trong chân không cách nhau một khoảng r = 2 (cm). Lực đẩy giữa chúng là F = 1,6.10^-4 (N). Độ lớn của hai điện tích đó là:

A. q₁ = q₂ = 2,67.10^-9 (μC).

B. q₁ = q₂ = 2,67.10^-7 (μC).

C. q₁ = q₂ = 2,67.10^-9 (C).

D. q₁ = q₂ = 2,67.10^-7 (C).

Hướng dẫn:

Áp dụng định luật Cu-lông:

với q₁ = q₂ = q, r = 2 (cm) = 2.10^-2 (m) và F = 1,6.10^-4 (N)

⇒

⇒ |q₁| = |q₂| = 2,67.10^-9C

Câu 7: Hai điện tích điểm bằng nhau đặt trong chân không cách nhau một khoảng r₁ = 2 (cm). Lực đẩy giữa chúng là F₁ = 1,6.10^-4 (N). Để lực tương tác giữa hai điện tích đó bằng F₂ = 2,5.10^-4 (N) thì khoảng cách giữa chúng là:

A. r₂ = 1,6 (m).              B. r₂ = 1,6 (cm).

C. r₂ = 1,28 (m).              D. r₂ = 1,28 (cm).

Hướng dẫn:

Áp dụng định luật Cu-lông:

Ta có:

với F₁ = 1,6.10^-4 (N), F₂ = 2,5.10^-4 (N) , r₁ = 2(cm)

⇒ r₂ = 1,6 (cm).

Câu 8: Hai điện tích q₁ và q₂ đặt cách nhau 20 cm trong không khí, chúng đẩy nhau một lực F = 1,8 N. Biết q₁ + q₂ = -6.10^-6 C và |q₁| > |q₂| . Điện tích q₁ và q₂ là:

A. q₁ = -4.10^-6; q₂ = -2.10^-6

B. q₁ = -2.10^-6; q₂ = -4.10^-6

C. q₁ = 4.10^-6; q₂ = 2.10^-6

D. q₁ = 2.10^-6; q₂ = 4.10^-6

Hướng dẫn:

Chọn A.

Hai điện tích đẩy nhau nên chúng cùng dấu, mặt khác tổng hai điện tích này là số âm

⇒ hai điện tích đều âm.

Ta có:

+ Kết hợp với q₁ + q₂ = -6.10^-6C, ta có hệ phương trình

Vì

Câu 9: Tại hai điểm A và B cách nhau 20 cm trong không khí, đặt hai điện tích q₁ = -3.10^-6C, q₂ = 8.10^-6C. Biết AC = 12 cm, BC = 16 cm. Lực điện do hai điện tích này tác dụng lên q₃ = 2.10^-6 đặt tại C là:

A. 6,66 N.              B. 6,76 N.

C. 7,66N.              D. 5,67N.

Hướng dẫn:

Chọn B.

   + Các điện tích q₁ và q₂ tác dụng lên điện tích q₃ các lực F₁₃→ và F₂₃→ có phương chiều như hình vẽ và độ lớn

   + Áp dụng quy tắc hình bình hành ta có lực tổng hợp tác dụng lên q₃ có phương chiều như hình vẽ, và độ lớn

Câu 10: Cho hai điện tích q₁ = 4 μC, q₂ = 9 μC đặt tại hai điểm A và B trong chân không, AB = 1 m. Đặt tại C một điện tích q0 thì điện tích này nằm cân bằng. Vị trí của điểm C là:

A. AC = 40cm; CB = 60cm

B. AC = 60cm; CB = 40cm

C. AC = 40cm; CB = 150cm

D. AC = 150cm; CB = 60cm

Hướng dẫn:

   + Giả sử q₀ > 0. Để q₀ nằm cân bằng thì hợp lực tác dụng lên q₀ phải bằng 0, ta có:

   + Vì q₁ và q₂ cùng dấu nên C thuộc đường thẳng AB

⇒ AC + BC = AB

Ta có hệ phương trình: